在材料资源上嵌套不规则零件形状的系统和方法
【技术领域】
[0001]技术领域主要涉及零件嵌套并且更具体地涉及不规则、非凸形形状在材料资源上的自动嵌套以最小化浪费，此时:(i)这些零件能够使用平移和任意旋转进行布置和(ii)目标是找出精确、保证最优的解决方案。
【背景技术】
[0002]通常期望以高效且减少浪费的方式利用材料资源，例如一卷布，以剪裁出多个部分(例如，对于指定的一组部分使用最小量的材料资源，或是从指定的材料资源剪裁出最大数量的部分)。这个"嵌套"问题对人类来说是一项相对困难的任务，对计算机实施的嵌套系统也是极具挑战性的，所述系统通常尽力匹配他们人类所对应的性能。
[0003]嵌套问题中的普遍因素是要求形状必须布置成使得它们没有重叠。尽管两个非凸多边形的重叠区域能够用数字计算，但是，对这个区域没有简单的闭合形式的表达。这个事实使得难以得出精确算法(即，那些能够提供保证最优的解决方案)，因为基本上所有非线性全局最优化的精确方法都是使用显然封闭式问题结构的性质。因此，得出了少数的精确算法，而且已有的那些算法通常受限于特定情况，其中所述部分能够通过水平和竖直移动而布置，但是不能进行旋转(或者，旋转被限制在很小的角度)。此外，已有的精确方法在能够嵌套的部分数量上很受限制。
[0004]因此，期望提供改善的方法，用于在材料资源上嵌套不规则形状。本发明的其它的合乎需要的要素和特征将通过随后的详细说明和附上的权利要求变得明显，参照附图以及前述的技术领域和【背景技术】。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例的一种嵌套多个部分到材料资源上的方法，主要包括:使这些部分的每一个近似为一组内切圆的并集(un1n);用处理器确定该近似部分在材料资源上的最优嵌套；根据实际(非近似)部分在嵌套中的重叠，通过增加另外的内切圆来改进这些部分的近似；以及，迭代地执行前两个步骤，直到嵌套解法在预定公差内最优。
[0006]根据一个实施例的一种用于嵌套多个部分到材料资源上的系统，包括:初始近似模块，其构造成使这些部分的每一个近似为一组内切圆的并集；嵌套长度优化模块，其包括处理器，构造成确定与近似部分在材料资源上的最优嵌套相关联的嵌套长度；迭代改进模块，其构造成确定初始(非近似)部分是否在嵌套中重叠，如果是，根据部分的重叠，通过增加新的内切圆来改进内切圆近似；以及，收敛评定模块，其计算用于确定该嵌套是否在预定公差内最优的度量。
[0007]本发明提供下列技术方案。
[0008]技术方案1.一种嵌套多个部分到材料资源上的方法，该方法包括:
使这些部分的每一个近似为一组内切圆的并集；
用处理器确定这些近似部分在材料资源上的最优嵌套，其中，该最优嵌套允许这些部分从基准位置的移动和旋转；
根据这些部分在嵌套中的重叠，通过增加内切圆来改进这些近似部分；以及迭代地确定这些近似部分的最优嵌套并且改进这些近似部分，直到这些部分的嵌套配置在预定公差内最优。
[0009]技术方案2.如技术方案1所述的方法，其中，迭代地增加内切圆给近似部分包括:
确定嵌套中的任何两个部分的重叠范围内的最大圆；以及
映射重叠区域中的最大圆回第一部分和第二部分的基准位置，并且增加映射回的圆到每个部分的这组近似圆。
[0010]技术方案3.如技术方案1所述的方法，其中，收敛准则包括计算该嵌套配置中的任何一个部分进入另一部分的最大穿透度并且核对该最大穿透度是否低于穿透度公差值。
[0011]技术方案4.如技术方案1所述的方法，小微扰被用于嵌套中的这些部分的位置以消除重叠而获得嵌套长度的上限。
[0012]技术方案5.如技术方案1所述的方法，其中，优化准则包括确定嵌套长度的上、下限之间的差值是否小于或等于预定收敛公差值。
[0013]技术方案6.如技术方案1所述的方法，其中，每个部分的内切圆的相应组由不重叠的圆组成。
[0014]技术方案7.如技术方案1所述的方法，其中，每个部分的内切圆的相应组包括重叠的圆，通过沿径向长大仅仅接触要近似的多边形的一个侧边的圆。
[0015]技术方案8.如技术方案1所述的方法，其中，使这些部分的每一个近似为几个内切圆的并集包括顺序地增加圆并且找出未横切在先内切圆的最大内切圆。
[0016]技术方案9.如技术方案8所述的方法，其中，找出内切在多边形中且不重叠任何预先存在的内切圆的最大圆包括对每个部分应用三角形分支限界法。
[0017]技术方案10.如技术方案1所述的方法，其中，确定圆近似部分的相关联的最优嵌套长度包括应用二次规划方法。
[0018]技术方案11.如技术方案1所述的方法，其中，至少一个部分是非凸的。
[0019]技术方案12.—种嵌套多个部分到材料资源上的系统，该系统包括:
初始近似模块，其构造成使这些部分的每一个近似为一组内切圆的并集；
嵌套长度优化模块，其包括处理器，构造成确定与近似部分在材料资源上的最优嵌套相关联的嵌套长度；
迭代改进模块，其构造成确定原始非近似部分是否在嵌套中重叠，如果是，则根据部分的重叠，通过增加新的内切圆给近似部分来改进内切圆近似；和
收敛评定模块，其构造成确定这些部分的嵌套是否在预定公差内最优。
[0020]技术方案13.如技术方案12所述的系统，其中，所述迭代改进模块构造成:
确定嵌套中的任何两个部分是否重叠；和
如果嵌套中的任何两个部分重叠，那么:
确定能在嵌套中的任何两个部分的重叠中内切的最大圆；和
映射任何两个部分的重叠中的最大圆回第一部分和第二部分的基准位置，并且增加映射回的圆到这组近似圆。
[0021]技术方案14.如技术方案13所述的系统，其中，优化标准包括确定嵌套中的任何两个部分之间的最大穿透度是否低于穿透度公差值。
[0022]技术方案15.如技术方案13所述的系统，其中，该优化模块构造成，如果该最大穿透度大于或等于穿透度公差值，就应用小微扰到第一部分和第二部分的至少一者的位置以消除重叠。
[0023]技术方案16.如技术方案12所述的系统，其中，收敛准则包括确定嵌套长度的上、下限之间的差值是否小于或等于预定收敛公差值。
[0024]技术方案17.如技术方案12所述的系统，其中，使这些部分的每一个近似为内切圆的相应组包括顺序地增加圆并且找出未横切在先内切圆的最大圆。
[0025]技术方案18.非暂时性计算机可读介质，承载构造成命令处理器确定这组部分在材料资源上的最优嵌套配置的软件指令，通过:
使这些部分的每一个近似为一组内切圆的并集；
确定这些近似部分在材料资源上的最优嵌套；
根据这些部分在嵌套中的重叠，通过增加内切圆给这些近似部分来改进这些近似部分;
迭代地确定这些近似部分的最优嵌套并且改进这些近似部分，直到这些部分的嵌套配置在预定公差内最优。
[0026]技术方案19.如技术方